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2021 , Vol. 43 >Issue 2: 109 - 111

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2021.02.019

Simulation Research on The Calculation Accuracy of Various Elements of Setting Height Method for Naval Gun

  • SUN Qiang ,
  • YU Jia-xiang ,
  • WANG Wei
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  • Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China

Received date: 2020-09-17

  Revised date: 2020-12-07

  Online published: 2022-04-29

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Abstract

In order to evaluate the calculation accuracy of various elements of setting height method, the working principle of setting height method is introduced, the influence of target height, firing distance and setting error on the calculation accuracy of various elements are analyzed by simulation method, and the calculation accuracy of various elements are compared with that of direct aiming method. The simulation results show that the various element errors of the setting height method increase with the increase of the setting error, decrease with the increase of the firing distance, and first increase and then decrease with the increase of the target height. When the shipborne radar is affected by sea clutter and other factors, the pitch angle measurement error is too large, the setting height method can significantly improve the calculation accuracy of the various elements.

Key words： setting height method; calculation accuracy of various element; setting errors

Cite this article

SUN Qiang , YU Jia-xiang , WANG Wei . Simulation Research on The Calculation Accuracy of Various Elements of Setting Height Method for Naval Gun[J]. Command Control and Simulation, 2021 , 43(2) : 109 -111 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2021.02.019

随着作战节奏的加快、海战环境和战略格局的不断变化,舰炮作战方法和火控系统工作方式也需要不断创新和完善以充分发挥舰炮反应速度快、作战灵活和火力密度大等优点[1-2]。例如,文献[3]提出的基于综合导航系统对岸无瞄准点目标的射击方法,文献[4]提出的装定坐标法射击方法。
舰炮对空射击时,若目标贴海面等高运动,例如掠海飞行的反舰导弹,雷达将进入低角跟踪状态,此时雷达俯仰角测量精度易受到海杂波[5]的影响,导致俯仰角测量误差过大,影响诸元解算精度。针对这类目标,舰炮火控系统采用装定高度法解算射击诸元。装定高度法,其与直接瞄准法[6]不同之处在于目标的高度不是通过观测器材测量得到的,而是由火力支援单位提供或人工修正后的滤波高度直接装定在火控系统中。为了评估装定高度法诸元计算的精度,作者分析了目标高度、射击距离和装定误差对该方法诸元计算精度的影响,并与直接瞄准法进行了对比,对舰炮使用决策、指挥工作方式具有重要意义。

1 装定高度法

1.1 工作原理

当发射舰受领作战任务,舰炮采取装定高度法射击时,首先通过火力支援单位获取目标高度h,并装定在火控系统中;同时舰载雷达连续测量目标位置信息,如图1所示:Mi为目标的位置,Pi为发射舰的位置,其观测坐标为(Di,εi,Qi),经过坐标转换、平滑滤波、观炮间隔修正和旋转变换[7]后得到发射瞬间目标现在坐标(xi,yi,zi),以此得到装定高度法中目标现在坐标(xi,yi,h);最后保持发射舰的稳定航行,舰炮火控系统求取射击诸元并控制舰炮发射。
图1 装定高度法示意图

1.2 诸元计算精度影响分析

从装定高度法的工作过程看,影响诸元计算精度的原因主要有:
1)oz轴的目标相对坐标分量直接在火控系统中装定的,这个高度不论是由火力支援单位提供,还是参考转入“装定高度法”时的目标高度滤波值,或是指挥员根据经验决定,都存在一定的误差;
2)ox轴、oy轴的目标相对坐标分量是由雷达观测再经滤波处理求得,依然受到雷达观测误差的影响,导致目标相对坐标分量存在误差,这一误差在弹着点的散布中体现;
3)射击诸元的求取建立在发射瞬间目标现在坐标(xi,yi,h)的基础上,在进行解命中计算中,如图2所示。
图2 射击诸元计算流程
图2中ε表示弹丸飞行时间的计算精度要求,为满足弹丸飞行时间和稳定高低瞄准角的精度要求,火控计算机进行迭代计算时需要根据基本射表给出的函数关系建立弹丸飞行时间Tf和稳定高低瞄准角φ对弹道点斜距Dbi逼近公式[8]表达式如下:

Tfi=a0· D b i 11+...+a10·Dbi+a11

φi=b0· D b i 11+...+b10·Dbi+b11

式中,a0~a11、b0~b11为逼近公式系数,斜距Dbi的表达式如下:

Dbi= d b i 2 + ( h + Δ h ) 2

式中,dbi为弹道点的水平距离,Δh为装定误差。
由此可见,稳定高低瞄准角的计算精度受到射击距离、目标高度和装定的高度误差的影响。

2 仿真

2.1 诸元计算精度仿真分析

以某新型舰炮火控系统为例,假定目标以速度100 m/s向正东方向等高匀速运动;发射舰以速度10.3 m/s(20 kn)向北偏东30°匀速运动。
为分析射击距离、目标高度和装定的高度误差对诸元计算精度的影响,仿真流程如下:
1)首先按照敌我真实运动情况计算每个时刻射击诸元理论值;
2)然后计算在目标高度一定时,不同的射击距离、不同的装定误差下的射击诸元计算值,求得诸元误差如表1所示;
表1 目标高度一定时,射击距离和装定误差引起的诸元计算误差
诸元计算
误差/mil		 装定误差/m
5 10 15 20
射距
/m		 1 000 1.949 3.898 5.847 7.795
2 000 1.413 2.826 4.239 5.652
3 000 1.005 2.201 3.302 4.402
4 000 0.899 1.798 2.697 3.596
5 000 0.759 1.518 2.277 3.036
6 000 0.656 1.313 1.969 2.626
3)最后计算在射击距离一定时,不同的目标高度、不同的装定误差下的射击诸元计算值,求得诸元误差如表2所示。
表2 射击距离一定时,目标高度和装定误差引起的诸元计算误差
诸元计算
误差/mil		 装定误差/m
5 10 15 20
目标
高度
/m		 100 0.656 1.313 1.969 2.626
500 0.657 1.314 1.971 2.629
800 0.655 1.310 1.966 2.621
1 000 0.653 1.305 1.958 2.611
分析表1可得当目标高度和射击距离一定时,装定误差增大1倍,诸元误差也增大1倍;当目标高度和装定误差一定时,诸元误差随射击距离的增加而减小。
分析表2可得当射击距离和装定误差一定时,诸元误差随目标高度的增加先增后减,但变化幅度较小。

2.2 诸元计算精度对比

装定高度法与直接瞄准法相比,射击诸元计算精度的区别在于前者oz轴上的相对坐标是直接装定的,而后者是通过坐标转换和滤波处理得到的。
为了比较两种方法诸元计算精度的效果,考虑刚性弹道原理[9-10],假定目标高度为50 m,装定误差为5 m,舰炮火控系统转入装定高度法工作时目标位于发射舰右舷50°、距离5 000 m,雷达距离和方位角的测量无误差,俯仰角测量误差均值为零、方差分别为3.0 mil~8.0 mil时仿真200次的结果如表3所示。
表3 两种方法诸元计算精度对比分析
俯仰角测量
误差方差/
mil		 直接瞄准法 装定高度法
目标高度
误差方差/m		 诸元计算
误差均值/mil		 诸元计算
误差方差/mil		 目标高度
装定误差/m		 诸元计算
误差均值/mil		 诸元计算
误差方差/mil
3.0 3.8598 0.022 0.2877 5.0 1.3651 2.8×10-8
4.0 7.1695 0.0552 0.6135 5.0 1.3648 5.6×10-8
5.0 8.9492 0.1396 0.6670 5.0 1.3644 7.6×10-8
6.0 13.3461 0.0516 0.9948 5.0 1.3639 1.2×10-7
7.0 22.6924 0.2909 1.6914 5.0 1.3633 1.9×10-7
8.0 27.4088 0.1695 2.0429 5.0 1.3627 3.0×10-7
从表3可得:1)通过直接瞄准法滤波计算得到的目标高度误差方差和诸元误差方差随俯仰角测量误差方差的增大而增大。而射击诸元误差方差越大,弹丸炸点散布误差越大,将导致校射的精度降低。2)当目标实际运动高度一定时,由于装定的高度值也是一个固定值,那么装定的误差就是一定的,在计算射击时属于系统误差。因此,虽然诸元误差均值较大,但方差较小,通过校射可有效地使弹着点的分布中心趋近于目标,提高射击精度。

3 结束语

为了评估装定高度法诸元计算精度,分析了各参数对诸元计算精度的影响,并与直接瞄准法诸元计算精度进行了对比,得到如下结论:1)装定高度法诸元计算误差随装定误差的增加而增大、随射击距离的增加而减小、随目标高度的增加先增后减;2)当舰载雷达受海杂波等因素影响导致俯仰角测量误差过大时,采用装定高度法可显著提高舰炮武器系统作战效能。后续研究将继续研究新型舰炮火控系统工作方式的优化使用,以充分发挥舰炮反应速度快、作战灵活和火力密度大等优点。

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